《人类历史上第一次真正统一引力场和电磁场》挑战爱因斯坦广义…_科学家吧_百度贴吧
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《人类历史上第一次真正统一引力场和电磁场》挑战爱因斯坦广义相对论
摘要：本文是一篇研究引力和引力场的论文，研究内容主要是——引力、引力场、磁场，电磁场，产生原理和相互关系，以及物体在引力场中的受力情况；重力、反重力的研究和社会价值；行星受引力场的影响和运行方式。 一、经典引力理论 万有引力定律：“自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。” 万有引力定律是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首先提出的。不过在他的著作中从来没有提及引力产生的原因。 爱因斯坦在他的广义相对论中认为，引力是大质量物体（比如太阳）使空间产生的弯曲，就像你在平展的桌布上放一个重物，使桌布产生凹陷。 小的时候，最好玩儿的玩具，磁铁（喇叭上拆下来的），总是能吸住一些铁块，很是有趣。本文起笔于半年前，历时6个月，初稿完成，所有的问题皆有了一个答案，是对是错还需要大家来验证，本文仅仅是在前辈的研究基础之上主要针对引力所作的理论性研究，力图用通俗的语言解开引力之谜！ 二、美妙的引力画卷： 平静的水面，投入一颗小石子，泛起层层的涟漪。太阳是太阳系中的中心天体，其他行星都围绕太阳旋转。如果把九大行星公转面抽象的看作是水平面，那么引力就是太阳泛起的层层涟漪。不断的向空间延伸，引力场“涟漪”也不断的衰减，消亡，一直到物体不在受到其影响。 这里太阳是溅起水波（引力场）的“石子”，赋予水（空间）之能量，如果空间是平静的“水”，那么引力就是赋予它“水波”的能量。其实，真正如同同心水波样的应该是磁场和电磁场；我并非是说空间就是引力传播的介质，空间也并非如同水波那样产生形变，空间只是引力场存在的一个场所。 引力场好比是大质量物体（天体）所产生的能量场引起的空间涟漪。引力是物质产生的能量的一种空间传递和表现形式。就如同水波和声音同样是能量的一种表现形式。 我们的太阳系引力场抽象的比喻就是一副泛起层层涟漪的水波，九大行星就在这水波中环绕太阳旋转。（大质量物体）不同的物质元素组成，不同的质量，引力场能量的大小，形态，会有所不同。 这是一幅引力场的完美画卷，实际上会有所差异，比如行星的椭圆轨道，水星进动现象，都是引力场的不完美的表现，后面会做详细的解释。 三、引力的产生原理以及和电磁场的关系 不论我们看得见也好，看不见也罢，引力的的确确是存在的，如果没有引力的作用，那还真是一件大麻烦……下面就详细阐述我对引力产生原理的一些认识。 首先引力是由有质量的物体产生，物体（物质）又是由原子组成的，原子是组成物质所有元素的基本单位，原子又是由原子核（质子、中子）以及环绕其高速旋转的电子（带负电）组成，那么引力的产生就和原子不无关系了。引力是原子结构物质产生的一种能量场，这种物质即为引力源。引力产生的原因是——物质的基本组成元素原子中带负电的电子绕原子核高速运动产生的能量场。（是否和原子核有关不得而知） 引力是一个很小的力，只有当物质的质量足够大，产生的引力足够强的时候，我们才能感觉的到。 地球有磁场，也有引力场，既然引力场和磁场可以共生，必然有他们之间的联系。
引力、磁场、电磁场的形成——引力场和磁场、电磁场，是一种相同的能量场；磁场，电磁场，是能量场的不同表现转化形式。都是起源于原子核内电子（携带电场）的绕核高速运动，以及原子的自旋，产生的能量场。携带电场的电子在不同的条件下产生不同的运动方式，分别产生引力场，磁场，电磁场。注：也有可能是电子的绕原子核的高速运动产生引力，自旋产生磁场，总之电子的运动是产生引力的主要原因。有质量的物体不一定都会产生引力场，比如两个橡皮球，两个玻璃球，只要他们不含有金属成分，不含有原子成分，就不会产生任何引力作用，所以说“万有引力”定律是有一定局限性的，也不是完全正确的理论。
铁、镍等金属元素在置身于铁磁场的范围内（或给其绕一圈导线通电），其元素每个原子内部电子产生磁矩（自旋磁矩、轨道磁矩），既自旋高度一致，运动轨道保持高度一致，从而产生“铁磁场”。 铜、铝等金属导体在电压、电流（通电）的作用下，其元素中每个原子内部的电子同样产生高度一致的磁矩（自旋磁矩、轨道磁矩）从而产生“电磁场”。当这些外部作用全部消失，自由电子从新恢复“自由”，那么它所表现的就只有微弱的引力场。 磁场、电磁场，也应划入引力场的范畴，因为他们都有吸引物体的能力。 引力场是个能量场，我们一直把它当作是对物体的作用力，当作一种有方向的力来对待。 引力、磁场、电磁场就像一个万花筒，“万花筒是一种光学玩具，只要往筒眼里一看，就会出现一朵美丽的“花”样。将它稍微转一下，又会出现另一种花的图案。不断地转，图案也在不断变化，所以叫“万花筒”。电子的不同运动（包括旋转）方式，就会出现不同的花样的能量场。 水是我们最熟悉的一种物质，在一定条件下以三种形式存在，高温下以水蒸汽的形式，常温下（0～100度）以液体水的形式存在，低温下又以冰的形式存在。引力（物质能量的基本表现形式）也可以在一定条件下以不同的形态出现，分别是引力（引力场）、磁力（磁场）、电磁力（电磁场）、甚至电磁波。引力就像水一样，在不同的条件下就会有不同的表现形式和规律。 引力和热量：引力是一种能量，我们看不到的能量，热量也是一种能量，我们能感受到的能量，燃起一堆篝火，我们就可以感受到铺面而来的热量；而引力是无处不在的，如果没有引力的作用，那这个世界还真是不知道是什么样子。 引力定律，计算公式：关于物体间引力的大小，计算公式，我认为万有引力定律已经很接近现实了，其计算应和物体的质量，距离，还有物体的元素（原子量）有关，比如金属，铜，铁，不同元素，相同的质量，相同的距离，引力大小有微小的差异，或许将来可以用仪器测量，但是不容易计算出准确结果，与其用数学公式计算出不准确的结果，不如用先进的仪器进行实地测量。 五、深入研究引力产生的原因 百度上的资料——“电荷electric charge ，带正负电的基本粒子，称为电荷，带正电的粒子叫正电荷（表示符号为“+”），带负电的粒子叫负电荷（表示符号为“－”）。” 丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，皮毛摩擦后的橡胶棒带负电荷；同种电荷，比如都是正，相互排斥。异种电荷相互吸引，也就是正负电荷相互吸引。传统理论认为静止的电荷产生静电场；“静止”就是不动，不动如何排斥吸引呢？我认为电荷之间的相互作用就是因为其不是静止的，而是“动”产生的，至于如何动？是电子的“谐振”，还是“自旋”？这我不得而知了。有可能是不同的“谐振”或不同的“自旋”方向，产生了不同的静电场。两个正旋（顺时针）或负旋（逆时针）的电荷相互排斥，一个正旋一个负旋的电荷相互吸引；或者两个谐振频率相同的电荷（组成正电荷）相互排斥，两个谐振不同的电荷（正负电荷）相互吸引。动中有静，静中有动。电子也好，电荷也罢，它们携带的能量到底为何物？我认为有可能是这种基本粒子的高速自旋（或谐振）产生的能量场；让一个规则的金属物体，比如球体或圆盘在真空中高速自转，应能产生类似电子电荷的能量场，自转方向不同，能量会产生不同的排斥或吸引。物体在一定温度下（绝对零度）电阻接近零，此时物体称为超导体。超导体的超导现象可能和金属在很低温度下电子自旋和运行轨迹被“冻结”有关，如能在常温下使金属原子能电子轨道（自旋）被“冻结”应能生产出常温超导体。铜、铝等导体通过电流，会产生电磁场。当两条导体的电流方向一致时，他们所产生的电磁场相互排斥；电流方向相反时，所产生的电磁场相互吸引。电磁场的方向可以用安培右手定则来判断。前面说过，电磁场的产生和方向也是电子自旋磁矩高度一致产生的，当两条导体内的电子运动轨迹一致时，也就是电流方向一致时，电磁场相互排斥。虽然电磁场是看不见的，但它的确是存在，它也会遵循一些自然法则和规律。
这里有两个齿轮，相互咬合在一起（我家里的轧面机），当其中一个齿轮顺时针旋转的时候，就会带动另一个齿轮逆时针旋转；你想让两个齿轮同时顺时针或逆时针旋转？那么他们就互不相容了，也就是排斥。现在有两个金属圆球，可以用两个小电机分别带动他们快速旋转，将圆球同时放入静止的水中，保持一定的距离。让他们同时顺时针旋转，此时圆球的快速旋转也带动了周围的水流做相同的运动，可以看到两个小球产生的漩涡水流是有点相互排斥的，如果让两个小球旋转方向不同，那么他们产生的漩涡水流会相互融合，也就是吸引。引力、电磁场、甚至磁场，虽然看不见摸不着，我想他们也会遵守自然界的法则，而且这些能量场对方向性特别敏感。电磁场，磁场，理论上并非一个均匀的能量场，应有类似于水波的波峰和波谷，波峰为能量场最强的部分，波谷能量弱，不是谐振波，而是横波。波峰等于组成该物质的原子核内电子的层数。常用于导体的铜Cu为4，铝Al为3，磁性物质铁Mn、钴Co、镍Ni都为4层电子。另外，磁力线（磁场）方向即为电子旋转方向。 六、太阳系引力场如何影响行星的运行 太阳系由九大行星组成，依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。太阳为恒星，所在中心位置，其余九大行星环绕其在一个平面内（黄道面）做椭圆轨道运行。我们的太阳系中九大行星，早已找到了自己的位置，就在太阳的引力场涟漪中静静的环绕。 地球…以及其他星球在太阳系中的环绕运动，其能量应该来源自恒星太阳的引力场，太阳的自旋，….影响了太阳系的引力场。我们的太阳系中，恒星太阳的组成成份是：氢约占71％, 氦约占27％, 其它元素占2％。氢原子原子核质子数是1，和外电子数也是1。氦元素原子核质子数和核外电子数为2，具备产生引力的条件。太阳引力场如同平静的水面（空间），投入的一颗石子（太阳）产生的涟漪，太阳内部的高压，是引力变得如此有规律的内在原因。太阳的引力场是不断产生的，所以这个涟漪也是由中心不断的向外扩散，由于太阳自转，也会带动空间引力场的转动，形成了一个涡旋引力场。 太阳质量占了太阳系的99.86%，其他行星只占很小一部分，我认为其他九大行星环绕太阳公转和自转的能量来自太阳自旋形成的涡旋引力场。行星之间引力场，可以在水中同时投入两颗石子，产生两个涟漪，来观察他们之间的相互作用，一开始是相互排斥的，然后逐渐的消融，融合到一起。行星之间的引力场可能会有相互的排斥作用，就比如电场，磁场有吸引物体的作用，不能说两个电场，磁场就一定会相互吸引！但是太阳太大了，太阳系引力场完全包容其他行星的引力，那么其他行星在太阳如此广阔胸怀的引力场中只能做俘虏了，行星的自转和高速运行，会抵消太阳引力场的吸引作用。假设银河系中有两个质量相等的行星，只是他们的物质组成不同，那么他们的引力场大小（强度）也会不同，简单的以引力和质量成正比是有局限性的。 黑洞引力场——有人问黑洞的引力场，这个问题还真是没研究过，经过几天的思考，我认为黑洞的引力场的确比较特殊，其所产生的引力场比恒星要大的多，也更加的紧密，吸引力更大，以致光都无法逃脱，仅此而已。 水星进动的特殊性——水星，太阳系中离太阳最近的行星，也是九大行星中最小的行星，并且是太阳系中运行最快的星球。这里，只研究水星的一个奇怪的运行特点，那就是水星进动；引用中国一个古来的成语来解释水星的这种怪异的运行方式；让我们来“刻舟求剑”，我们把水星轨道看作一个圆圈，分成360度（逆时针），水星公转周期是88天，太阳自转是27天（赤道处），现在假设水星在太阳近日点处，我们将此处水星轨道标记为A1（0度），相对于太阳的位置（太阳表面）标记为B1（0度），当水星环绕太阳转动一周，回到位置A1的地方，那么太阳已经自转了3.26圈，太阳标记B1的位置目前是水星轨道的93.6度，可见A1和B1已经无法相对应了，刻舟无法得到剑了。那么水星相对于太阳此刻的位置，引力场和原来相对于A2的位置高度一致么？地球在赤道和南北两极引力场强度还不一样，就算同是赤道附近，引力场也有微小的差异，何况太阳那么大，我们凭什么把太阳想象的那么完美？太阳引力场的不均衡，太阳的自转，应是造成水星进动的主要原因！因为水星离太阳最近，其环绕太阳的周期最短，所以其进动就比较明显了。
太阳系就像一个大“表” ，黄道面是表盘，太阳是那定盘的“星”，九大行星是表针，九大行星每一时刻都有自己不同的位置，周而复始的运转，太阳巨大的引力场就是给予这些“表针”运转的能量所在。 开普勒第一定律：“每一颗行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。”为何行星围绕太阳轨道是一个椭圆形而不是一个圆形？主要考虑一点，那就是太阳并非静止不动，除了自转它还环绕银河系高速移动，太阳围绕银河系中心的速度为250公里/秒，这么快的速度，足以让太阳系中的其它行星跟不上太阳的步伐。太阳向“前进”的时候，其它行星向后跑，凭什么认为此时他们的距离会越来越近？一个向前，一个向后，轨道自然就是椭圆了。如果太阳系是静止的，那么太阳系中其他行星的轨道应该是圆形。形象化比喻，一个球体在水中自转的同时还在向前移动，那么带动的水波自然会形成一个椭圆形（引力场）。 如果广义相对论是对的，假设有两个大质量的物体，质量完全相等，一个太阳，一个黑洞，太阳体积要大的多，黑洞体积小的多，不知道他们谁的引力更大，或者说谁的空间曲率更大。牛顿的万有引力和爱因斯坦的广义相对论，都是“完美”的引力理论，过度依赖数学公式了，忽略了物理学的观察。我们真的了解引力么？ 七、地球磁场产生原理的研究 地球磁场是如何产生的，目前有很多学说， 1、永磁体学说；2、内部电流学说；3、电荷旋转学说；4、压电效应学说；5、旋磁效应学说；6、温差电学说；7、发电机学说；8、旋转体效应学说；9磁力线扭结学说；10霍尔效应学说；11、电磁感应学说。 首先要考虑和磁场关系密切一个因素，那就是居里点（居里温度），磁性材料达到某一温度磁性消失，这个温度称为居里温度。铁元素的居里温度是 1043度，镍元素的居里温度是 631度 地球磁场的产生：地球的结构，由内到外分别是——地核、地幔、地壳；地核又分为外地核、内地核，地核的组成主要是铁、镍元素，半径为3480千米，密度12.9/立方厘米，温度约是度，很显然超过了组成地核的物质铁、镍的居里温度，所以应该不会产生磁性。但是有一点，外地核的压力高达136万个大气压，内地核更是高达360万个大气压。所以我认为地球磁场的产生是因为含有大量的磁性物质铁、镍，以及内部超高的压力。高温使其失去磁性，而高压又使其恢复磁性，并且更强，类似电压使导体产生电磁场。地球磁场的产生原理——高压磁效应学说。 磁性物质在达到一定温度便失去磁性，这个温度临界点叫做“居里点”，磁性在高温下消失，也许（假设）在高压下又可恢复，并且随着压力的增高磁场强度随之增大（有待验证）。 关于磁偏角，这应该和地核的构成有关，理论上认为外地核为熔融的液态，内地核为固态，随着地球的自转，内外地核之间也会发生一些移动，形成磁偏角，甚至某些时刻磁极还会来个大翻转。根据现有的理论进行推理——假设地核为一固态磁性金属球体，外核为熔融状液态岩浆，地球在不断的自转，此时因为外核液态的原因，外核和内核自转并非完全同步，而是有微小的差异，内核自西向东绕地球竖轴旋转的同时，还会有极小的自北向南绕横轴旋转，这就形成了南北极不断移动并在一定时期完全调转的现象，这可能需要几万年的时间来完成。也许什么时候地球外核的岩浆绝对冷却下来，成为固体形态，那么地球磁场也将会固定下来。此时地震也许不会在发生； 地震的发生-- 地震有没有时间和地点顺序以及规律？我认为是有规律可遵循的，地球自西向东旋转，地震的规律大多数很可能相反，是自东向西发生和发展。因为地球特殊的构造，内地核和地幔、地壳之间被一层熔融的外地核（岩浆）所隔开，整个地球的自转变得并不是非常协同，有可能因此产生了地球板块的漂移的主要原因，和地震发生的主要原因。假设外地核的熔岩层完全“冻结”失去能量，那么整个地球将变得更加协调。地球板块将不再漂移，地震也将逐渐的消失和不再发生。 据说鸟类可以看到地球磁场，已知很多动物都可以感受到磁场变化，比如蜜蜂、海龟…也许有一天我们的轨道卫星可以监测地球引力场和磁场的变化，以此来预测地震的发生。 八、引力（重力）、反重力的研究和社会价值。 深入研究引力以及引力场，有助于将来研发成功反重力系统，为人类走向宇航时代奠定基础。 反重力系统研发成功的意义：英国科幻小说作者威尔斯在1901年发表的科幻作品《第一次登上月球的人》中描述了“反重力”，能够屏蔽重力影响，使宇宙飞船飞向月球，反重力已经成为人类一个多世纪的梦想。有消息说世界上最大的飞机制造商波音公司正在研究一些新技术，这些新技术可能在将来某一天彻底改变一个世纪来的推进技术。波音公司进行的反重力研究概括起来就是该公司一个名为“先进空间推进技术重力研究（GRASP）”的项目。 《简氏防务周刊》获得的一份有关文件阐述了波音公司认为该项目获得成功的重大意义。文件中写道：“如果反重力是确实存在的，它必将改变整个航空航天事业。”如果反重力是确实存在的，它必将改变整个世界。汽车、火车、轮船，所有你能想到的交通系统，都能通过“无推进剂推进”一种从重力场中获取能量的模式来驱动，人类将会走向真正的星际探索时代。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 首先感谢您看到最后！难道您就不想说点什么吗？请留下您宝贵的墨宝，您对我的文章和理论的看法；欢迎大家转发您的博客，欢迎记者朋友转发到其他杂质，谢谢～ 本文虽内容不多，也许您十几分钟就能看完，确用了我十数年的时间去思考，每一个问题都要经过“冥思苦想”，才能“茅塞顿开”，引力的产生原理，地球磁场的产生原理，我想目前科学界都是一个谜团吧？希望此文能抛砖引玉，引起大家对科学的兴趣。 筹建反重力研究实验室，寻求赞助公司！！有兴趣研究新型飞行器的朋友联系我。
你前面说：有质量的物体不一定都会产生引力场，比如两个橡皮球，两个玻璃球，只要他们不含有金属成分，不含有原子成分，就不会产生任何引力作用，所以说“万有引力”定律是有一定局限性的，也不是完全正确的理论。 后面说：恒星太阳的组成成份是：氢约占71％, 氦约占27％, 其它元素占2％。氢原子原子核质子数是1，和外电子数也是1。氦元素原子核质子数和核外电子数为2，具备产生引力的条件。那么， 太阳之所以产生引力，就在于那2%部分中的金属原子了呀？
既然橡皮球和玻璃球不产生任何引力，那么橡皮球和玻璃球在地球的环境中就完全可以随意飘来飘去了？
光都有引力作用，为什么橡皮球会没有
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[导读]&链接基普·S·索恩（Kip Stephen Thorne， 日出生）是美国理论物理学家，他的主要贡献在于引力物理和天体物理学领域。
虫洞理论：《星际穿越》真正的科学养分
链接&基普·S·索恩（Kip&Stephen&Thorne&，日出生）是美国理论物理学家，他的主要贡献在于引力物理和天体物理学领域。很多活跃于相关领域的新一代科学家都曾经过他的培养和训练。索恩和英国物理学家斯蒂芬·霍金，以及美国天文学家、科普作家、科幻小说作家卡尔·萨根保持了长期的好友和同事关系。他目前担任加州理工学院费曼理论物理学教授，是当今世界上研究广义相对论下的天体物理学领域的领导者之一。&&&&在克里斯托弗·诺兰签约导演《星际穿越》这部电影，并开始重写剧本之前，天体物理学家基普·S·索恩（Kip.&S.&Thorne）早已在与诺兰的弟弟乔纳森商讨，如何将其黑洞理论搬上荧幕。为确保对“黑洞”描述的准确性和美观性，从未真正了解代数学的诺兰也不得不认真琢磨索恩的毕生研究。&&&&索恩的《黑洞与时间弯曲》（《Black&Holes&and&Time&Warps》）作为电影《星际穿越》的理论来源，在描述黑洞与时间的关系上，给出了有力支撑。但索恩也论证过，进入黑洞的所有物体都会被强大的潮汐引力撕得粉碎，作为时空旅行手段这是不可跨越的障碍，因此，建议将背景小说和改编剧本中的“黑洞”改为“虫洞”。&&&&虫洞理论：或许并非“无稽之谈”&&&&从爱因斯坦广义相对论中推导出时空旅行的可能性，似乎已被大多数人所认识——很大程度上这得归功于卡尔·萨根科幻作品的传播效应，但事实上对其具体细节的认识则相当模糊和含混。&&&&1976年，英国培根基金会还曾悬赏300英镑来专门征求一个相关问题的解：“按照目前的理论，转动黑洞是通往其他时空区域的真实入口，那么一个飞行器怎样才能通过一个转动黑洞进入另一个时空区域，而不被奇点的引力摧毁？”&&&&当然，这个问题从未获得过圆满解决。萨根不是相对论专家，他对自己设置的利用黑洞作为时空旅行手段的技术细节并不是太有把握，为了寻找科学上能站住脚的依据，他向著名物理学家基普·S·索恩求助。&&&&尽管之前已有哥德尔等一些科学家从爱因斯坦场方程中得到允许时空旅行的解，但更多的物理学家则把时空旅行和科幻小说中的流行情节一样对待——差不多归入UFO一类，你可以兴意盎然地去阅读，但如果把它纳入物理学范畴来进行探讨，那无异于进行学术冒险——更为保守的物理学家则根本就把它看作无稽之谈。&&&&所以，当索恩欣然应允萨根的要求时，还真需要点特立独行的勇气才行。索恩和他的学生经过论证得出结论，进入黑洞的所有物体都会被强大的潮汐引力撕得粉碎，作为时空旅行手段这是不可跨越的障碍，并建议萨根在小说中，把黑洞改称“虫洞”。&&&&“虫洞”的性质很早就被发现了：1916年，爱因斯坦广义相对论发表后的几个月，史瓦西在爱因斯坦引力场方程里发现了一个解——著名的史瓦西解，同年，弗拉姆对其数学推导过程进行重新诠释以后，揭示出它的虫洞本质——它事实上是描述了空的球形虫洞。1935年，爱因斯坦和其学术助手罗森在一篇论文中，把连接宇宙中两个遥远区域之间的假想通道称为“桥”——后来这被称为爱因斯坦-罗森桥，其实也就是“虫洞”。&&&&萨根的小说中，地球距离织女星是26光年，但若通过一条虫洞连接它们的话，也许就才1公里。但是，以虫洞作为时间机器，也还面临一个棘手问题：按照爱因斯坦场方程的预言，虫洞在某个时刻产生，短暂地打开，然后关闭、消失——从产生到消失，时间极短，没有事物能在这么短的时间内从一个洞口穿过它到达另一个洞口。&&&&除了因为无法从自然界推导出虫洞的生成方式外，黑洞也已被证明是恒星的坍塌结果，这也是物理学界长期对虫洞报以怀疑态度的另一个主要原因。索恩最终设想以具有“负能量密度”的奇异物作为保持虫洞持续开放的物质条件，并把实现条件设置在高级智慧生物无限先进的文明背景下。换言之，索恩在这个问题上考虑的主要是数理上的自洽性，而非现实可能性。&&&&索恩把这一系列和时空旅行相关的研究成果，以论文形式主要发表在顶级的物理学杂志《物理学评论》上，这样的杂志每年都会收到大量宣称制造出时间机器的文章，但从来没有一篇被接受发表过，因为它们没有建立在爱因斯坦场方程上的严密推导过程，而索恩的这些论文则很好的满足这一条件。&&&&所以，即便是像《虫洞、时间机器和弱能量条件》这样的论文，尽管文章摘要让人感觉科幻味儿十足：“本文讨论的是，如果物理法则允许一个高级文明智慧生物在空间中制造和维持一个虫洞，那么这个虫洞将被改造成违背因果律的时间机器用于星际航行”，题目中也直接就有“时间机器”的字样，但最后还是被接受发表——在此之前，为了避免引人注目并被冠以“科幻物理学家”的头衔，科学家们在参与时空旅行的相关讨论时，通常都把“时间机器”说成“类时闭合曲线”。&&&&对那些有兴趣研究时空旅行的物理学家而言，索恩对时空旅行研究取得的进展无疑令人鼓舞，一些人在之后开始参与其中，他们中有俄籍物理学家诺维柯夫、普林斯顿大学的理查德·高特以及史蒂芬·霍金。不过，值得一提的是，很多物理学家还是一如既往拒绝讨论和时空旅行相关的任何问题。&&&&但无论如何，萨根不曾预料到，他当初的这一提问会在科学领域内打开这样的局面，引发物理学界对时空旅行新的关注，其中，维持虫洞持续开放的奇异物质的相关研究甚至成为该领域内的一个重要课题。&&&&科学家认为，相对于产生能量的“正物质”，“反物质”也拥有“负质量”，可以吸去周围所有能量。像“虫洞”一样，“负质量”也曾被认为只存在于理论之中。不过，目前世界上的许多实验室已经成功地证明了“负质量”能存在于现实世界，并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“负质量”。&&&&据美国华盛顿大学物理系研究人员的计算，“负质量”可以用来控制“虫洞”。他们指出，“负质量”能扩大原本细小的“虫洞”，使它们足以让太空飞船穿过。他们的研究结果引起了各国航天部门的极大兴趣，许多国家已考虑拨款资助“虫洞”研究，希望“虫洞”能实际用在太空航行上。&&&&宇航学家认为，“虫洞”的研究虽然刚刚起步，但它潜在的回报不容忽视。科学家认为，如果研究成功，人类可能需要重新估计自己在宇宙中的角色和位置。现在，人类被“困”在地球上，要航行到最近的一个星系，动辄需要数百年时间，是目前人类不可能办到的。但是，未来的太空航行如使用“虫洞”，那一瞬间就能到达宇宙中遥远的地方。&&&&穿越虫洞：开启“时空旅行”之门&&&&据科学家观测，宇宙中充斥着数以百万计的“虫洞”，但很少有直径超过10万公里的，而这个宽度正是太空飞船安全航行的最低要求。“负质量”的发现为利用“虫洞”创造了新的契机，可以使用它去扩大和稳定细小的“虫洞”。科学家指出，如果把“负质量”传送到“虫洞”中，把“虫洞”打开，并强化它的结构，使其稳定，就可以使太空飞船通过。&&&&虫洞，这个科幻园地中的主题，今天已从纸面跃出，成为天文学家搜索的目标。虫洞为何那么吸引人？因为它为星际航行提供了一条捷径。例如从地球飞往最近的邻居——半人马座——比邻星，将要飞奔4光年的旅程，而通过虫洞，却只需几小时就够了。&&&&其实，远在广义相对论发表后不久，科学家就在理论上发现了虫洞的存在，但此后，对它的研究进展很慢，它的不少性质仍然十分模糊。例如，它仅能让光线通过？抑或也可使飞船穿行？&&&&直到1988年，美国加州理工学院的索恩等人，对虫洞作了较为深入的研究，才肯定虫洞的两端皆可出入，并非像黑洞那样是“单行道”。此外，旅行者在洞内仅受到一般的加速度。不像在黑洞中，若你的脚指向黑洞中心，那么，巨大的引力场会在头足之间构成极大的拉力差，足可把身首撕开。&&&&索恩还提出了构造虫洞的概念，当然是理论上的。他说，这涉及到对宏观空间的挖破和扭曲。生活在二维空间（如纸面）的智慧蚂蚁，它想从纸面上的一点走到另一点，按常规，只有一种办法，即沿着连接该两点的直线走去，这也是两点间的最短距离。但还有一种距离更短的走法：把纸对折成两面，使两点靠得很近，再用一个纸筒（它提供了通过第三维的一条捷径）将两点接通，蚂蚁可经纸筒而到达彼点。为此，蚂蚁必须在纸面上挖出两个孔。&&&&在这一案例中，纸筒十分类似于通过更高强空间的虫洞。故欲构筑虫洞，必撕破空间。空间不是空空的吗，怎样去撕破，挖孔？实难想象。但相对论早就告诉我们，引力能弯曲空间。索恩说，空间的裂口处，时空会出现陡峭的势态，就如黑洞中心的那种情况。但他承认，由于没有一个成熟的量子引力理论，对这个问题很难深入讨论下去。&&&&从理论可知，虫洞内的空间被扭曲得极不自然，以致无法使它保持畅通，即使能开通，也只是一瞬间。但虫洞却可让奇异物质通过，为何奇异物质受此优待呢？这还得从相对论谈起。&&&&爱因斯坦认为，引力来自物质的两种全然不同的性质。一种是大家熟知的，质量密度越大，引力场也越强，由于物质的质量跟能量是等价的，故可说，能量密度（单位体积内所含的能量）对引力作出贡献；另一种是物质对周围所施加的压力，就像气体对容器壁所做的那样，但是这种压力原则上可正可负。若跟物质内所含的能量相比，这种压力就小得微不足道。&&&&但索恩说，有一种物质却具有极大的负压，奇异物质就明显地具有这种特性，且其负压之大，超过了它的能量密度。从而使得奇异物质周围的空间，被扭曲得十分奇怪，跟一般物质的扭曲情况相比，正好改变了空间扭曲的“符号”，具体地说，其引力具有排斥性。&&&&按现代宇宙学理论，在宇宙创生后立即驱使宇宙急速膨胀的力，正是“奇异”真空的具有极大负压的排斥性引力。宇宙暴胀可能提供一种保持虫洞开放的手段。一些物理学家认为，暴胀可能造成“宇宙绳”环（宇宙理论中的一种物质），当量子虫洞和宇宙绳环同时暴胀时，有可能产生宏观的开通的虫洞。此外，他们还相信，先进文明所创造的人工虫洞，可能用奇异物质的“支柱”来保持虫洞的畅通。故索恩的虫洞，可谓之奇异物质虫洞。&&&&科学家麦可思还提出了磁虫洞理论。他说，极强烈的磁场将能弯曲时空而形成虫洞。根据相对论，任何含有能量的东西（包括磁场），皆能弯曲空间。远在20年代，一位意大利理论家莱特，就在爱氏方程中找到了磁引力。莱特的理论说，在一个由螺线管产生的磁场中，螺线管内形成了一个引力磁，但要获得这种人工引力场，磁场需十分巨大。&&&&据麦可思说，莱特的磁引力跟索恩的虫洞极相似。麦可思说：“其理论的实际意义，就是一个磁虫洞。”他说，若在实验室内用2.5T（特斯拉）的磁场，即可构造出一个磁虫洞，洞的半径极大，约为150光年，若欲将此虫洞的半径压缩到实验室的尺度，则所施加的磁场需大到10亿T，这显然超出目前人类的科技能力（最大人工磁场约10T）。但麦可思说，在天空中必定能找到这种磁虫洞，因为中子星表面的磁场达10亿T，在那里，磁虫洞将自发地产生。&&&&磁虫洞有一个优点，按麦可思的说法，它比较容易测量验证。由于磁引力也将影响光线，“在引力场中，光速将减慢。若光线通过螺线管时，其速度低于真空中的光速”，即可证明磁虫洞的存在。不论奇异物质虫洞或磁虫洞，只要存在于天空之中，就能从地球上测得它们的特征性信号。若一个虫洞嘴处在地球和某一恒星之间，那么虫洞的引力将引起这一恒星的光产生异常的波动，将使我们看到一个两边特别明亮中间较暗的光学像。为何如此奇怪？这要谈到负（质量）物质和引力透镜。&&&&据俄科学家诺朱可夫的理论，当物体进入虫洞，“入口”处明显地增大质量，而同时在“出口”处，则立即失去对应的这份质量。即使此物体已穿出虫洞，也仍会留下这些痕迹：虫洞的一边将保持其已获得的质量，而另一边最终则呈现负质量。负（质量）物质具有明显的特性，它只具有排斥性引力，因而能将其周围的任何物质都向四周扫出，且对光线的运动造成极大的扭曲。&&&&通常的物质（即正质量物质），若正好通过地球与某一恒星之间，其引力将弯曲和放大这一恒星向地球射来的星光，很像一个聚光镜的行为。天文学上称之“引力透镜”效应。具体地说，我们这时将看到这一恒星星光比平时亮得多。&&&&若这个经过地球恒星间的天体是由负物质构成的，那又将如何？它也将弯曲星光，但由于其具有排斥性引力，故弯曲星光的情况迥然不同。星光经过它身旁时，会出现所谓焦散现象，即星光从透镜（负物质天体）的轴线处被推出，而在两边上聚焦。&&&&这意味着，当负物质天体运动在地球与某一恒星之间时，我们将看到，这个恒星不是像平时那样的一个光点，而是在亮度上出现两个突然增亮的跳跃。这种“双峰”亮度特征信号是十分明显的，故为探测出虫洞提供了一个方便之门。&&&&霍金：通向第四维的“虫洞”无处不在&&&&针对这一问题，霍金如是说：&&&&在科学界，时间旅行一度被认为是歪理学说。过去因为担心有人会把怪人的标签贴在自己身上，我对这个问题常常避而不谈。但现在，我不会再那么谨小慎微了。事实上，我更像是建造了巨石阵的那些人。我对时间痴迷已久，如果有一台时间机器，我会去拜访风华正茂的玛丽莲-梦露，或是造访将望远镜转向宇宙的伽利略。或许，我还会走到宇宙的尽头，破解整个宇宙湮灭之谜。&&&&为了让这一切从虚幻变成现实，我们应以物理学家的角度来重新审视时间——即第四维。这个问题没有听上去那么晦涩难懂。每个好学的孩子都知道，任何物体都以三维形式存在，包括坐在轮椅上的我。一切物体都有宽度、高度和长度。此外，还有一种长度——时间的长度。例如，虽然一个人可能活了80岁，但巨石阵的石头却数千年屹立不倒。太阳系的运行将持续数十亿年。&&&&一切物体都有时间以及空间的长度。时间旅行意味着我们要经过第四维。要想搞明白这一点，我们可以想象正在从事一种日常活动，比如开车。开车沿直线行驶，是在一维中旅行。向左转或是向右转，则是二维旅行。驱车上下山路意味着又多增加了高度，所以是在三维空间内。那么我们怎样才能实现时间旅行？怎样才能发现穿越第四维的通道呢？&&&&让我们暂时从科幻电影中寻找答案吧。在此类电影中，通常会有一台巨大而高能耗的时间机器，这台机器产生通往第四维的通道——“时光隧道”。时光旅行者——勇敢但可能有些鲁莽的人，做好我们大家所知道的准备，然后走进时光隧道，来到一个他们想要到达的时间里。这一概念可能有些牵强，事实可能与之存在着天壤之别，但该想法本身不是那么的疯狂。&&&&物理学家们也在思考时光隧道，但我们的角度不同。我们想搞清过去或未来的通道是否存在于自然规律中？事实证明，我们认为确实是这样的。而且，我们还给它们起了一个名字：虫洞。其实，虫洞无处不在，只是因为太小，我们肉眼看不到罢了。虫洞非常小，存在于时空的隐蔽处和缝隙里。你或许认为这是一个难以理解的概念，请耐心听我继续解释吧。&&&&任何物质都不是平整无暇和实心的，如果仔细观察，会发现它们上面都存在小孔和裂缝，这是一个基本的物理原理，同样适用于时间。即便是像台球一样的东西，上面也有裂缝、褶皱或空洞。现在容易说明这种情况也存在于第一个三维中。相信我，这一原理同样适用于第四维。时间也存在许多微小的裂缝、褶皱和空洞。在最小的刻度下——比分子甚至原子都小，我们来到一个称为量子泡沫（quantumfoam）的地方，这是虫洞存在之处。&&&&时空中的微小隧道或捷径不停地在这个量子世界中形成、消失和重新形成。它们可以连接两个隔离的空间以及两个不同的时间。不幸的是，现实生活中这种时光隧道非常狭小，即使发现了它们，我们也不能从这个缝隙穿过——可这正是“虫洞时间机器”概念的前进方向。部分科学家认为，或许有一天捕捉到一个虫洞，将它放大数万亿倍，令其足够的大，能让人甚至飞船进入。&&&&如果我们拥有足够的能量和先进的技术，将来或许能在太空中建造一个巨型虫洞。我并不是说一定可以做到，但如果真的有这种装置，那么确实很了不起。一端在地球的附近，另一端则在遥远的星球附近。从理论上讲，虫洞或时光隧道不仅仅能把我们带到别的星球。如果两端在同一个地方，且由时间而非距离分离，在遥远的过去，飞船就能在地球附近自由出入。或许恐龙会看到飞船登陆的场景。&&&&(北京大学物理学院学生通讯社摘编，来自“北大物理人”微信平台，微信号：pkuphyers)&&&&参考文献&《黑洞与时间弯曲》（基普·S·索恩&著，李冰&译），《科学的畸变》（江晓原&刘兵&著）。《赛先生》微信公众平台对本文亦有贡献。
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